Une équipe internationale de scientifiques, y compris des astronomes des universités de Leicester, Bath et Warwick, ont trouvé des preuves de l'existence d'un « cocon chaud » de matière enveloppant un jet relativiste s'échappant d'une étoile mourante. Cette recherche est publiée en ligne aujourd'hui et en version imprimée dans La nature demain.

Un jet relativiste est un phénomène très puissant qui implique des jets de plasma sortant des trous noirs à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, et peut s'étendre sur des millions d'années-lumière.

Les observations de la supernova SN2017iuk prises peu de temps après son apparition ont montré qu'elle se développait rapidement, à un tiers de la vitesse de la lumière. Il s'agit de l'expansion de supernova la plus rapide mesurée à ce jour. Le suivi de l'écoulement sur plusieurs semaines a révélé une nette différence entre la composition chimique initiale et celle des périodes ultérieures.

Pris ensemble, ce sont des indicateurs de la présence du cocon chaud tant théorisé, combler une lacune dans nos connaissances sur la façon dont un jet de matière s'échappant d'une étoile interagit avec l'enveloppe stellaire qui l'entoure et fournir un lien potentiel entre deux classes de supernovae auparavant distinctes.

La supernova signale la disparition définitive d'une étoile massive, dans lequel le noyau stellaire s'effondre et les couches externes sont violemment emportées. SN2017iuk appartient à une classe de supernovae extrêmes, parfois appelé hypernovae ou GRB-SNe, qui accompagnent un événement encore plus dramatique connu sous le nom de sursaut gamma (GRB).

A la mort stellaire, un très relativiste, Un faisceau étroit de matériau peut être éjecté des pôles de l'étoile qui brille d'abord sous forme de rayonnement gamma, puis à travers tout le spectre électromagnétique et est connu sous le nom de GRB.

Jusqu'à maintenant, les astronomes n'ont pas pu étudier les premiers instants du développement d'une telle supernova (un GRB-SN), mais SN2017iuk était fortuitement à proximité - à environ 500 millions d'années-lumière de la Terre - et la lumière GRB était sous-lumineuse, permettant au SN lui-même d'être détectable à des moments précoces.

Dr Rhaana Starling, Le professeur agrégé du département de physique et d'astronomie de l'Université de Leicester a déclaré :« Cela a immédiatement ressemblé à un événement à poursuivre, comme cela s'est produit dans une galaxie spirale de grand design à proximité immédiate, cosmologiquement parlant.

"Lorsque les premiers ensembles de données sont arrivés, il y avait une composante inhabituelle dans la lumière qui semblait très bleue, incitant une campagne de surveillance pour voir si nous pouvions déterminer son origine en suivant l'évolution et en prenant des spectres détaillés.

"Le sursaut gamma lui-même semblait assez faible, nous avons donc pu voir d'autres processus qui se déroulaient autour du jet nouvellement formé qui sont normalement noyés. L'idée d'un cocon de gaz thermalisé créé par le jet relativiste alors qu'il sort de l'étoile avait été proposée et impliquée dans d'autres cas, mais voici la preuve dont nous avions besoin pour cerner l'existence d'une telle structure."

Une approche coordonnée utilisant une suite d'observatoires spatiaux et au sol était nécessaire pour surveiller la supernova pendant 30 jours et à de nombreuses longueurs d'onde. L'événement a été détecté pour la première fois à l'aide de l'observatoire Neil Gehrels Swift. Swift est une mission spatiale de la NASA dans laquelle l'Université de Leicester est l'un des trois partenaires, et héberge son centre de données au Royaume-Uni.

Les données obtenues avec le Gravitational-wave Optical Transient Observatory (GOTO) ont permis de suivre la lumière de la supernova, tandis que la spectroscopie a été obtenue grâce à des programmes d'observation dédiés, y compris des initiatives de la collaboration STARGATE dirigée par le professeur Nial Tanvir à l'Université de Leicester, qui utilise des télescopes de 8 m à l'Observatoire européen austral.

Professeur Tanvir, Un professeur de physique et d'astronomie à l'Université de Leicester a déclaré :« Le jet relativiste traverse l'étoile comme s'il s'agissait d'une balle tirée de l'intérieur d'une pomme. Ce que nous avons vu pour la première fois, c'est tout le débris qui explosent après la balle."

Des vitesses allant jusqu'à 115, 000 kilomètres par seconde ont été mesurés pour la supernova en expansion pendant environ une heure après son apparition. Une composition chimique différente a été trouvée pour la supernova en expansion précoce par rapport aux éjectas ultérieurs plus riches en fer. L'équipe a conclu que quelques heures seulement après l'apparition de l'éjecta vient de l'intérieur, d'un cocon chaud créé par le jet.

Les modèles de production de supernova existants se sont avérés insuffisants pour tenir compte de la grande quantité de matériau à grande vitesse mesurée. L'équipe a développé de nouveaux modèles incorporant le composant cocon et a trouvé qu'ils correspondaient parfaitement.

SN2017iuk fournit également un lien recherché depuis longtemps entre la supernova qui accompagne les GRB, et ceux qui ne le font pas :dans les supernovae solitaires, des sorties à grande vitesse ont également été observées, avec des vitesses atteignant 50, 000 kilomètres par seconde, qui peut provenir du même scénario de cocon mais l'évasion du jet relativiste GRB est en quelque sorte contrecarrée.

Les supernovae à effondrement de noyau sans GRB sont généralement trouvées beaucoup plus tard après leur apparition, donnant aux scientifiques très peu de chance de détecter les signatures d'un cocon chaud, tandis que les caractéristiques du cocon dans les supernovae associées au GRB sont généralement cachées par le brillant, jet relativiste.

Le cas rare de SN2017iuk a ouvert une fenêtre sur les premiers stades de ce type de phénomène de supernova, permettant d'observer la structure insaisissable du cocon.